Simulación y control de satélites en formación en órbita LEO: arquitectura de software para un laboratorio de validación terrestre

Title

Simulación y control de satélites en formación en órbita LEO: arquitectura de software para un laboratorio de validación terrestre

Contributor

España, Martín Darío

Publisher

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Date

2022-08-19

Extent

xvi, 184 p.

Abstract

El diseño y explotación de satélites monolíticos para misiones de Observación de la Tierra (EO) ha sido, y es, un área fundamental de las innovaciones y logros históricos de la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE). Por mencionar sólo algunos ejemplos de satélites, citamos: SAC-C para observación óptica, SAC-D/Aquarius en microondas, más recientemente, la constelación de Radares de Apertura Sintética (SAR) SAOCOM para observación en banda-L y, próximamente, la inminente misión de observación multi-espectral SABIA-Mar. Actualmente, la CONAE dedica esfuerzos al desarrollo, diseño e implementación de futuros Sistemas Satelitales Distribuidos de Vuelo en Formación (FF-DSS) con control de orbitas absolutas relativas en tiempo real y en forma autónoma (sin intervención del segmento terrestre). Este nuevo paradigma permite la adquisición de nuevos datos espaciales para uso científico que no resultaban factibles con arquitecturas monolíticas. En efecto, dos satélites volando en formación cercana hacen posible una adquisición coordinada y simultánea (en una sola pasada) de datos multi-estáticos en tierra, y hace posible la producción, entre otras, de: a) datos SAR multi-estáticos altamente coherentes con aplicaciones a: tomografía, interferometría, modelos digitales de elevación, super-resolución, etcétera; b) datos SAR ópticos/térmicos de correlación cruzada adquiridos en una sola escena; c) estereoscopía óptica y en microondas. Además, desde el punto de vista de ingeniería, aporta: a) redundancia y flexibilidad para mitigar los riesgos imprevistos durante las fases de diseño; b) reducción de los plazos de desarrollo; c) unidades de satélite modulares, miniaturizadas y reemplazables; d) liberación de recursos técnicos y humanos en las estaciones terrestres de operación y monitoreo de misión; e) si se las combina con plataformas monolíticas, las pueden complementar aumentando sus capacidades de observación y procesamiento; y f) una prolongación arbitraria de los ciclos de misión para aprovechar la renovación tecnológica que se produce año a año. El diseño, la verificación, las pruebas y la integración de las diferentes tecnologías involucradas en el Vuelo en Formación de satélites plantean, sin embargo, retos rigurosos para lograr el éxito de este tipo de misiones. Los subsistemas de navegación y control son dos de las tecnologías críticas que posibilitan la amplia gama de misiones científicas EO-FF DSS. Por lo tanto, es de suma importancia una evaluación del rendimiento de estas tecnologías en un entorno simulado durante cada una de las fases del desarrollo de la misión. Para ello, proponemos en este trabajo el diseño e implementación de un laboratorio terrestre, donde el usuario diseña, desarrolla y valida esos subsistemas. El usuario adopta una filosofía basada en modelos, que comprende una fase inicial en la que el diseñador propone un modelo de la planta a controlar. A partir de este modelo, el usuario realiza una exploración y propuesta de diferentes algoritmos de navegación y control. Una vez adoptados los algoritmos, la siguiente fase es la validación de los mismos a lazo cerrado. El siguiente paso, no considerado en este trabajo, se refiere a la validación de los subsistemas globales de navegación y control con hardware en el lazo, lo que posiblemente conduzca a ulteriores iteraciones sobre la fase inicial. La filosofía basada en modelos se apoya en una metodología de diseño de software orientada a objetos, ampliamente utilizada hoy en día para modelar y gestionar la complejidad del software de los sistemas espaciales.